3 METAANI POLTTOAINEENA
3.4 Power to gas
Power to gas –tuotanto tarkoittaa metaanin valmistamista sähkövirran avulla. Tämän hetkisistä menetelmistä varteenotettavin menetelmä on valmistaa metaania kahdessa eri vaiheella.
Ensimmäisessä vaiheessa vesi hajotetaan elektrolyysin avulla vedyksi, prosessin sivutuotteena on happea ja lämpöä. Toisessa vaiheessa vety reagoi hiilidioksidin kanssa metaaniksi, jolloin syntyy myös vettä ja lämpöä kuvan 4 mukaisesti (Etogas.)
Kuva 4. Synteettisen metaanin prosessikaavio (YLE)
Järjestelmän uskotaan myös ratkaisevan sähkön varastointiongelman. Ajankohtina jolloin esimerkiksi tuulivoiman tuottamaa sähköä on runsaasti tarjolla, mutta kulutus on vähäistä, voidaan sähkö muuttaa metaaniksi myöhempää käyttöä varten (Audi, Etogas.)
Tuotannossa käytetyn sähkön alkuperän mukaan voidaan power-to-gas menetelmällä valmistaa bio- tai maakaasua. Saksassa on tällä hetkellä käynnissä Audin ja Etogasin yhteishanke, jossa tuotetaan 250 kW:n sähköteholla metaania henkilöautojen käyttöön. Werlteniin rakennetun pilottihankkeen tavoitteena on tuottaa kaasua 1500 auton tarpeisiin, kun vuosittainen ajomäärä on 15 000 kilometriä. Valmistaja lupaa auton hiilidioksidipäästöiksi 20 g/km. Menetelmän suurin heikkous tällä hetkellä on sen huono hyötysuhde (Audi 2013). Werlterin pilottihankkeen hyötysuhde yltää vain 40 %:iin. Tavoitteena on nostaa hyötysuhdetta ainakin 60 %:iin, ja mahdollisella lämmön talteenotolla saadaan laitoksen hyötysuhdetta nostettua entisestään (MIT.) 3.5 Biokaasun jalostus
Jotta raakabiokaasua voidaan tankata ajoneuvon tankkiin, on se ensin jalostettava vastaamaan maakaasun koostumusta. Tärkeimmät vaiheet biokaasun jalostuksessa ovat hiilidioksidin, veden ja rikin erotus. Tällöin seoksen metaanipitoisuus saadaan nostettua noin 95 %:n tasolle (Biokaasuauto, jalostus.)
Yksi tämän hetken käytetyimmistä puhdistusmenetelmistä on niin sanottu vesipesumenetelmä, joka perustuu veden kykyyn absorboida kaasuja (Kuva 5). Vesipesussa kaasut syötetään korkeapaineisiin vesisäiliöihin, 7-8 baria, joissa hiilidioksidi ja rikkivety liukenevat veteen.
Painetta laskemalla veden sisältämä hiilidioksidi vapautuu, jolloin samaa vettä voidaan käyttää useaan kertaan puhdistamossa. Prosessin toisessa osiossa metaanista erotellaan kosteus
kuivaimessa. Järjestelmästä on myös käytössä versioita, joissa vesi on korvattu kemikaaleilla joiden absorptiokyky on vettä korkeampi (Biokaasuauto, jalostus.)
Raakakaasua voidaan puhdistaa myös aktiivihiilierotuksella, membraalipuhdistuksella tai kryojalostuksella. Aktiivihiilierotuksessa ei toivotut kaasut kerätään aktiivihiileen.
Membraalipuhdistuksessa erottimena toimivat puoliläpäisevät kalvot. Kryojalostuksessa kaasuseos jäähdytetään matalaan lämpötilaan, jolloin kaasut voidaan erotella toisistaan eri olomuotojen perusteella (Biokaasuauto, jalostus.)
Kuva 5. Biokaasun puhdistus vesipesumenetelmällä (Sarlin, puhdistus)
4 JAKELU
Maa- ja biokaasun jakelu kuluttajille on avainasemassa kaasuautoilun lisäämisessä. Vaikka tankkausasemien määrää on viimevuosina kasvanut, niiden keskittyminen pääosin Etelä-Suomen maakaasuverkon alueelle hidastavaa kaasuautoilun laajamittaista yleistymistä. Kuvasta 6 selviää tämän hetkinen CNG –tankkausasemien (Compressed Natural Gas, komprimoitu luonnonkaasu) määrä ja sijainti (Gasum, Tankkausasemat.)
Kuva 6. Maa- ja biokaasun tankkausasemat. Siniset täplät kuvaavat Gasumin luonnonkaasua myyviä tankkausasemia ja keltaiset vain biokaasua myyviä yhtiöitä (Gasum, Tankkausasemat)
4.1 Maakaasu
Tällä hetkellä kaikki Suomessa käytetty maakaasu tulee Gasumin kaasuputkea pitkin Siperiasta kuluttajille. Tulevaisuudessa Suomeen rakennettavat LNG -terminaalit voivat muuttaa tilannetta
ja avata kaasumarkkinoita muualle Suomeen, sillä Gasum ei ole viimeaikoina laajentanut kaasuverkkoaan juuri lainkaan. Suomessa on tällä hetkellä 18 maakaasun tankkausasemaa, jotka ovat Gasumin ylläpitämiä. Asemat on sijoitettu harvakseltaan eteläisen Suomen suurimpiin maakaasuverkoston alueella sijaitseviin liikennekeskittymiin (Gasum, Tankkausasemat.)
Suuriin liikenteen solmukohtiin, jotka sijaitsevat kaukana kaasuputkesta tai ovat alueella johon sen rakentaminen olisi vaikeaa ja kallista, voidaan rakentaa niin sanottu satelliittitankkausasema.
Aseman polttoaine tuotaisiin paikalle rekkakuljetuksena, jossa kaasu olisi jo valmiiksi paineistettu. Tämä on etenkin Ruotsissa hyvin yleinen tapa tuoda kaasua tankkauspisteille, sillä Ruotsin maakaasuverkko rajoittuu vain länsirannikolle. Yhdistelmärekan kuljettamissa konteissa (kuva 7) kaasu on komprimoitu komposiittisäiliöihin, jolloin yhdessä kuljetuksessa voidaan siirtää kaasua jopa 8000kg (Biokaasuauto, Jakelu.) Määrä vastaa noin 240 000 kilometrin ajoa Audi A3 g-tronilla (Audi, g-tron). Kaasua voidaan myös kuljettaa nesteytettynä, jolloin yksittäisen kuljetuksen energiamäärä olisi huomattavasti suurempi, mutta nesteen jäähdytys ja höyrytys vaativat omat laitteistonsa. (Biokaasuauto, Jakelu).
Kuva 7. Satelliittitankkausaseman kaasun varastointikontti (RAP)
4.2 Biokaasu
Tällä hetkellä biokaasua voidaan tankata kaikilta kaasun tankkausasemilta, joita on Suomessa tällä hetkellä 24 (Gasum, Tankkausasemat). Biokaasuasemien määrä on ollut viimeaikoina kasvussa ja koska ne eivät ole riippuvaisia kaasuverkosta, niitä voidaan rakentaa huomattavasti maakaasuasemia vapaammin. Biokaasun tuotantolaitokset voivat sijaita kaukana liikenteen solmukohdista, joten kaasua voidaan joutua kuljettamaan pitkiäkin matkoja (Biokaasuauto, Jakelu.)
Helpoin ja energiatehokkain ratkaisu biokaasun tuottajan näkökulmasta on, että kaasua tankattaisiin suoraan laitosalueelta. Alueella tulisi kuitenkin olla mahdollisten huoltojen varalta kaasun varasäiliö, jolla voitaisiin varmistaa kaasun riittävyys myös tuotannon katketessa. Tätä periaatetta käytetään Laukaan biokaasuasemalla (Biokaasuauto, Jakelu.)
Toinen yksinkertainen ratkaisu on kytkeä biokaasulaitos suoraan valtakunnalliseen, Gasumin hallinnoimaan, kaasuverkkoon. Tämä edellyttää biokaasun jalostamisen riittävän hyvälaatuiseksi ja paineistamisen oikeaan paineeseen. Menetelmän etuna on, ettei kaasun tuottajan tarvitse välttämättä rakentaa omaa tankkausasemaa, kaikki kaasu saadaan myytyä ilman välivarastoja ja kaasuverkosta saadaan kaasua, vaikkei biokaasua sillä hetkellä tuotettaisikaan. Suurin osa Suomessa käytetystä liikennebiokaasusta syötetään edellä mainittuun tapaan Gasumin kaasuverkkoon, esimerkkeinä Kouvolan ja Espoon biokaasulaitokset (Biokaasuauto, Jakelu.) Alueilla jotka eivät ole valtakunnallisen kaasuverkon lähettyvillä ja joilla on suuri potentiaali biokaasun tuotantoon, on hyvät lähtökohdat rakentaa alueelle oma kaasuverkosto. Kaasuputken rakentamisen investoinnit ovat suuria, mutta verkon ylläpito on edullista. Kaasuverkkoon voidaan kytkeä tuotannosta ja kulutuksesta riippuen esimerkiksi alueen biokaasutankkausasemat, voimalaitokset ja kiinteistöt. Näin saataisiin alueelle yhtenäinen biokaasua hyödyntävä energiajärjestelmä. (Biokaasuauto, Jakelu)
4.3 Tankkausasemat
Kaasuautojen tankkausmenetelmät voidaan jakaa fast fill ja slow fill luokkiin. Fast fill- menetelmässä ajoneuvon CNG-säiliöön syötettävä kaasu on valmiiksi komprimoitu yli 200 barin paineeseen, joten tankkaus kestää vain muutaman minuutin. Niin sanottu pikatankkaus soveltuu niin varikkotoimintaan kuin julkiseenkin tankkaukseen. Suomessa olevat julkiset tankkausasemat
käyttävät fast fill –järjestelmää. Kuvassa 8 on esitetty Sarlinin toimittamaa tyypillistä rakenneratkaisua luonnonkaasun tankkausasemalle, jota Gasum käyttää useilla tankkausasemilla.
Slow fill – tankkausjärjestelmässä kompressori ahtaa kaasun suoraan verkosta auton tankkiin.
Tankkauksen kesto on tyypillisesti 10 - 12 tuntia, joten menetelmä on käytössä lähinnä varikkotoiminnassa ja kotitankkausasemilla. (Gasum, Tankkaus)
Kuva 8. Luonnonkaasun tankkausasema (Sarlin, tankkausasemat)
5 KAASUKÄYTTÖISET AJONEUVOT
Vaikka maakaasun käyttö Euroopan tieliikenteessä alkoi jo 1930-luvulla ja Suomessa sota-aikana käytettiin häkäpönttöautoja, alkoi laajamittainen luonnonkaasukäyttöisten ajoneuvojen sarjavalmistus Euroopassa vasta 1990-luvun puolivälissä. Tuolloin pioneerin työtä tekivät BMW 316g ja 518g – malleilla ja Volvo 850 Bi-fuel S70 -malleilla. Siitä lähtien markkinoille ovat tulleet myös muun muassa Fiat, Volkswagen ja Mercedes Benz (Biokaasuauto, historia.)
Kaasukäyttöiset ajoneuvot ovat hieman bensiini- ja dieselautoja kalliimpia tekniikkansa ja vielä vaatimattomien tuotantomäärien vuoksi, mutta huomattavasti edullisempien polttoainekustannusten vuoksi niiden takaisinmaksuaika on lyhyt. Useimmat bensiini- ja dieselkäyttöiset ajoneuvot voidaan muuttaa toimimaan myös luonnonkaasulla asentamalla niihin niin sanottu jälkiasennussarja. Ajoneuvoon asennetaan muun muassa kaasusäiliö, paineenalennin, kaasuinjektorit ja ohjausyksikkö. Muutostöiden kokonaishinnaksi muodostuu henkilöautolle noin 2350 - 2850 € (Terragas.)
5.1 Moottorityypit
Tieliikenteen ajoneuvoissa voimanlähteenä lähes poikkeuksetta käytetään polttomoottoreita.
Moottoreiden toimintaperiaatteena on hallittu palaminen moottoreiden sylintereissä. Sylinterissä tapahtuva savukaasujen laajeneminen työntää mäntää alas ja yhdessä kiertokangen kanssa saavat kampiakseliin aikaan pyörimisliikkeen. Polttomoottorin toimintaperiaate on sama sekä kaasumaisilla että nestemäisillä polttoaineilla (Bioenergiatieto.)
5.1.1 Bi-fuel
Otto-kaasumoottorissa sylinteriin syötetään metaani-ilmaseos, joka sytytetään sytytystulpan avulla juuri ennen yläkuolonkohtaa. Mitä enemmän seosta pystytään puristamaan, sitä korkeampi on moottorin hyötysuhde. Puristuksessa polttoaineen paine ja lämpötila kasvaa, jolloin täytyy huomioida, ettei puristus ole liian voimakasta. Liian korkea puristuslämpötila voi sytyttää polttoaineen ennenaikaisesti. Tämä niin kutsuttu nakutusilmiö voi vioittaa moottoria liian suurten paine- ja lämpörasitusten vuoksi (Bioenergiatieto.)
Moottoria voidaan käyttää niin kaasulla kuin bensiinilläkin, joten auto ei ole niin riippuvainen kaasuverkosta. Esimerkiksi Audin A3 g-tron kaasuautossa on 14kg kaasusäiliöt ja 50l:n
bensiinisäiliö (Kuva 9). Valmistajan ilmoittama toimintasäde kaasua käytettäessä on yli 400km ja bensiinillä 900 km. Tankkausten jälkeen ja kylmissä olosuhteissa tapahtuvissa moottorin käynnistyksissä polttoaineena käytetään bensiiniä. Moottorin lämpiämisen jälkeen ajoneuvo vaihtaa polttoaineen syötön automaattisesti kaasulle (Audi, g-tron.)
Kuva 9. Audi A3 Sportback g-tron (Audi Presskit)
5.1.2 Dual-fuel
Diesel-moottoreissa sylinterissä poltetaan metaani-dieselseosta. Koska dieselmoottorissa ei ole sähköistä sytytysjärjestelmää puristuksen loppuvaiheessa sylinteriin syötetään korkealla paineella dieseliä, joka syttyessään sytyttää myös kaasuseoksen. Dieselmoottoreita käytetään eniten raskaan tieliikenteen ajoneuvoissa, kuten rekoissa, joissa suuren dieselkulutuksen seurauksena siirtyminen metaanin käyttöön olisi erittäin taloudellista ja ympäristöystävällistä.
(Volvo, FM MetaaniDiesel, 9-10)
Kiristyvien päästödirektiivien vuoksi auton valmistajien on kehitettävä menetelmiä, joilla moottoreiden päästötasoja saadaan laskettua. Seuraava päästömääräys, Euro 6, aletaan soveltamaan uusien ajoneuvotyyppien tyyppihyväksynnässä 1.8.2014 alkaen. Moottorin typpioksidit putoavat 180 mg/km:sta 80 mg/km ja hiilivedyt (HC+NOx) putoavat 230 mg/km 170 mg/km (Motiva, päästömääräykset.)
Esimerkiksi Volvo on kehittänyt markkinoille rekkakonseptin, Volvo FM MethaneDiesel, jossa rekan kuluttamasta polttoaineesta 75 % on metaania ja 25 % dieseliä. Metaani varastoidaan nupin taakse LNG – säiliöön, josta se ensin höyrytetään ja sitten johdetaan moottoriin. Volvo ilmoittaa järjestelmän takaisinmaksuajaksi ajomäärästä riippuen 3-5 vuotta (Volvo, Sustainable solutions.)
5.2 Säiliötyypit
Kaasuauton turvallisuuteen ja käytännön toimivuuteen vaikuttavat suuresti kaasun varastointi.
Tällä hetkellä yleisin säiliötyyppi on CNG – säiliö, jossa kaasu on puristettu 200 barin paineeseen. Laivaliikenteessä jo jonkin aikaa käytössä ollut LNG on yleistymässä etenkin raskaan liikenteen polttoaineen säilömismuotona. LNG:n säilöminen vaatii korkeatasoisempaa tekniikkaa, mutta vastineeksi sen energiatiheys on huomattavasti kaasumaista olomuotoa korkeampi. Uusimpana mallina on ANG -säiliö (Adsorbed Natural Gas, adsorboitu luonnonkaasu), joka ovat vielä kokeiluasteella. Siinä kaasu sitoutuu säiliön sisällä olevaan huokoiseen materiaaliin. Säiliöön mahtuu enemmän kaasua kuin saman kokoluokan CNG -säiliöön paineen silti ollessa varsin alhainen (Energtek.)
5.2.1 CNG -säiliö
Ajoneuvoissa käytettävien metaanisäiliöiden tankkauspaineena käytetään noin 200 baria.
Korkeasta paineesta johtuen kaasusäiliön on kestettävä suuria rasituksia ja paineenmuutoksia.
Säiliön muodoksi on vakiintunut sylinterimalli, jonka molemmat päät on pyöritetty. Tällä muodolla saadaan aikaan rekenne, jossa paineen aiheuttama rasitus jakautuu tasaisesti.
Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa myytävien säiliöiden on täytettävä tiukat laatustandardit, ECE R110, joilla taataan kuluttajien turvallisuus. (CNG United)
Kaasusäiliöiden materiaalit vaihtelevat niiden iän ja käyttötarkoituksen myötä. Nykyisin on käytössä neljä eri säiliötyyppiä. Varhaisimmassa ja painavimmassa kaasusäiliötyypissä, tyyppi 1:ssä, valmistusmateriaali on terästä. Rakenne on yksinkertainen ja edullinen valmistaa, mutta materiaalivalinnan myötä se on painava. Tyypissä 2 säiliön keskiosa on päällystetty komposiittikerroksella, joka koostuu hiili- ja lasikuitukerroksista. Tällöin painavaa teräskerrosta on voitu ohentaa rakenteen kestävyyttä heikentämättä. Tällä menetelmällä saadaan säiliöstä huomattavasti tyyppiä 1 kevyempi vain hieman suuremmilla kustannuksilla. Tyyppi 3 edustaa tämän hetken käytetyintä CNG- säiliötyyppiä. Siinä rungon päämateriaalina on alumiini, joka on
päällystetty kauttaaltaan komposiittikerroksilla. Tällä rakenteella säiliöstä on saatu kevyempi ja kestävämpi kuin aiemmat säiliötyypit. Tyyppi 4 on täysin metalliton säiliö, jonka seinämät koostuvat esimerkiksi kumista ja komposiitista. Säiliö on painoltaan ja hinnaltaan hyvin lähellä tyyppi 3:n säiliötä (CNG United.) Audi A3 g-tronissa käytetään Xperionin valmistamia ultrakevyitä kaasusäiliöitä. Niiden sisäseinämä koostuu polyamidipolymeeristä, keskiseinämä hiilikuituvahvisteisesta polymeeristä ja ulkokerros lasikuituvahvistetusta polymeeristä (kuva 10) (Fleets & fuels.) Säiliöiden tilavuus on noin 7 kg ja ne on saatu upotettua lähes huomaamattomasti ajoneuvon takaosaan. Tällä kaasumäärällä saavutetaan noin 400 km:n toimintasäde (Audi. g-tron.)
Kuva 10. Audi A3 g-tronin kaasusäiliöt ja niiden sijoittelu (Audi Presskit)
5.2.2 LNG -säiliö
Nesteytettyä maakaasua käytetään erityisesti raskaan liikenteen polttoaineena. LNG:llä on huomattavasti CNG:tä suurempi energiatiheys, jolloin yhdellä säiliöllisellä saavutetaan suurempi toimintasäde (Volvo, FM Metaanidiesel, 2-3.) Nesteytettyä maakaasua säilytetään ajoneuvon metallisessa ja hyvin eristetyssä säiliössä (Kuva 11). Säiliössä vallitseva lämpötila on noin -140 - -130 °C ja paine on 5-8 barin välillä. Säiliöstä nesteytetty kaasu johdetaan lämmittimelle, jossa se höyrystetään ennen sen syöttämistä moottoriin. Ajoneuvon ollessa käyttämättömänä,
kaasusäiliöön höyryyntyy kaasua, mikä nostaa säiliön painetta. Säiliöön on kytketty varoventtiilit, jotka tyhjentävät säiliön höyryyntyneestä kaasusta. (Volvo, MethaneDiesel, 9)
Kuva 11. LNG – säiliö ja sen osat (Chart)
5.2.3 ANG -säiliö
Uusinta kaasun säilytysmuotoa edustaa adsorboitu maakaasu. Säiliön toiminta perustuu sen sisällä olevaan huokoiseen materiaaliin, joka kykenee sitomaan itseensä enemmän kaasua kuin mitä saman kokoon CNG-säiliön voidaan puristaa. Säiliössä oleva kaasu on ympäristön lämpötilassa ja paine on noin 40 baria. Tällä hetkellä ANG -säiliöiden sidosmateriaalina on käytetty aktiivihiiltä, sillä sen rakenne muodostaa suuren pinta-alan ja sen valmistus on varsin yksinkertaista ja edullista. ANG -säiliöt ovat vielä kehitysvaiheessa, mutta niiden on toivottu parantava kaasusäiliöiden turvallisuutta ja antamaan ajoneuvoille aiempaa suuremman toimintasäteen. Matalasta paineesta johtuen säiliöiden ei tarvitse olla CNG- ja LNG -säiliöiden tapaan sylinterin muotoisia, vaan niitä voidaan muotoilla lähes mielivaltaisesti, jolloin niiden asentaminen ajoneuvojen rungon sisään on entistä helpompaa. (Work Truck)
6 HYÖDYT
Luonnonkaasun käyttö ajoneuvojen polttoaineena sisältää monia hyötyjä. Muihin polttoaineisiin verrattuna sen hinta on hyvin kilpailukykyinen ja etenkin biokaasun hiilijalanjälki on pienin tämän hetkisistä polttoaineista. Lisäksi biokaasun valmistus on mahdollista Suomessa, joten se parantaa energiaomavaraisuutta ja lisää työpaikkoja. (Biokaasuauto, edut)
6.1 Taloudellisuus
Suomessa ajoneuvon vuotuiset kustannukset muodostuvat ajoneuvoverosta ja polttoaineen hinnasta. Ajoneuvoveroon kuuluu käyttövoimavero ja perusvero. Koska bensiinikäyttöisillä autoilla ei ole käyttövoimaveroa, vuotuiset alkuinvestoinnit ovat muita vaihtoehtoja matalammat.
Bensiinin hinnasta suuri osa muodostuu veroista, jolloin ajomäärän kasvaessa suureksi, myös käyttökustannukset ovat varsin huomattavat. Bio- ja maakaasun edullinen hinta ja maltillinen verotus tekevät siitä tämän hetken edullisimman polttoaineen käyttää, jos vuotuinen ajomäärä ylittää 5 000 kilometriä, ilmenee liitteen 1 pohjalta tehdyn kuvan 12 mukaan (Veronmaksajat.)
Kuva 12. Ajoneuvojen kustannukset ajomäärän funktiona 0
0 10000 20000 30000 40000 50000
Vuotuiset kustannukset [€]
Suomeen tuotavasta ja rekisteröitävästä ajoneuvosta on maksettava autovero. Veron suuruus määräytyy nykyisin pääsääntöisesti ajoneuvon valmistajan ilmoittamiin hiilidioksidipäästöihin.
Henkilöautoilla veron suuruus ajoneuvon kuluttajahinnasta on vähintään 5 % ja enintään 50 %.
Pakettiautoilla verotaulukon määräämästä veroprosentista suoritetaan vähennys, jonka suuruus sijoittuu välille 9,8–21,7 %. Pakettiauton verovähennys edellyttää ajoneuvon käyttöä tavarankuljetukseen, joissa seuraavat ehdot täyttyvät: N1-luokitus, yksi penkkirivi ja kokonaismassan on oltava yli 2500 kg. Jos auto on käyttöönotettu ennen vuotta 2001, ensisijaisesti autovero määräytyy ajoneuvon kokonaismassan ja käyttövoiman suuruuden mukaan (Veronmaksajat.)
Vuosittain maksettava ajoneuvovero kaasuautoille muodostuu perusverosta ja käyttövoimaverosta. Perusverotuksessa Bi-fuel autoilla veron suuruus määräytyy ennen 31.12.2005 käyttöön otetuissa autoissa ajoneuvon kokonaismassan mukaisesti. 1.1.2006 tai myöhemmin käyttöön otetuissa ajoneuvoissa vero määräytyy ajoneuvon hiilidioksidipäästöjen mukaan. Käyttövoimavero palasi kaasuautoille vuoden 2013 alussa. Henkilöautoilla vero on 0,31
€/vrk/100kg ja pakettiautoilla 0,009 €/vrk/100kg ajoneuvon kokonaismassasta. Kuorma-autoilla verokohtelu säilyi samana kuin dieselkäyttöisilläkin (Trafi.)
Suomessa polttoaineen valmisteverotuksella on aina ollut huomattava osuus tuotteen loppuhinnasta (Taulukko 4). Veromuutoksilla voidaan vaikuttaa halutulla tavalla polttoaineiden kysyntään nostamalla tai laskemalla sen suuruutta. Valmistevero koostuu energiasisältöverosta, hiilidioksidiverosta ja huoltovarmuusmaksusta. Biokaasu on tällä hetkellä valmisteverotonta.
Lisäksi polttoaineista on maksettava 24 %:n suuruista arvonlisäveroa (Öljyalankeskusliitto, verotus.)
Taulukko 4. Maakaasun valmisteveron rakenne (Tulli, energiaverotus)
Tuote Energiasisältövero
Polttoaineen hinnalla ja sen kulutuksella on nykyaikaisilla automarkkinoilla suuri vaikutus.
Ajoneuvon päästöjen mukaan määräytyvät verot vaikuttavat suoraan auton ostohintaan ja näin kuluttajien valintoihin. Audi A3 Sportback 1.4 TFSI 92kw kokonaishinta on 27 393 € ja vastaavan luonnonkaasulla toimivan mallin hinta on 28 862 €. Pienempien hiilidioksidipäästöjen vuoksi kaasua käyttävän ajoneuvon autovero on 910 €, mutta kalliimmasta tekniikasta ja vielä vaatimattomista tuotantomääristä johtuen kaasumallin kokonaishinta on noin 5,4 % suurempi. G-tronin takaisinmaksuaika on TSFI – malliin verrattuna lyhyt, noin 40 000 km (liite 1.)
6.2 Päästövähennykset
Maakaasun molekyylirakenteen vuoksi sen palaessa muodostuu 25 % vähemmän hiilidioksidia kuin bensiinin palaessa. Biokaasun valmistusmenetelmästä, raaka-aineista ja laskentatavasta riippuen sen hiilijalanjälki on 90 - 100 % pienempi kuin bensiinillä. Luonnonkaasu sekoittuu moottorissa ilman kanssa paremmin kuin nestemäiset polttoaineet. Tällöin palamisen myötä muodostuvien hiilimonoksidien ja pienhiukkasten määrä on erittäin pieni verrattuna bensiiniin ja dieseliin. Polttoaineen rikkipitoisuus on hyvin alhainen, jolloin palamisessa ei muodostu rikkioksideja. Lisäksi terveydelle vaarallisia haihtuvia orgaanisia hiilivetyjä (NMVOC) ei muodostu lainkaan. Käytännössä kaasuauton savukaasut muodostuvat hiilidioksidista ja vedestä.
Taulukossa 5 on esitetty paljonko polttoaineen vaihto biokaasuun vähentää ajoneuvon päästöjä.
(Lampinen, 234)
Taulukko 5. Päästövähennykset kun ajoneuvo vaihtaa polttoaineeksi biokaasun (Lampinen, 235)
Päästölaji Bussi: Dieselistä
Etenkin suurissa kaupungeissa kärsitään huonosta ilmanlaadusta suurten automäärien ja huonon ilman vaihtuvuuden vuoksi. Yksi potentiaalinen vaihtoehto ilman parantamiseksi olisi vaihtaa alueen bussi- ja taksiliikenne luonnonkaasuja käyttäviksi. Ilmanlaatuindeksiin vaikuttavat rikkidioksidi, typpioksidi, hengitettävät hiukkaset, otsoni, hiilimonoksidi ja haisevat rikkiyhdisteet. Kaupunkien ilmanlaatuun vaikuttaa etenkin liikenne, sillä pakokaasut vapautuvat
ilmaan maan tasolta ja renkaiden irrottama tiepöly lisää entisestään pienhiukkasten määrää.
Suurten pääväylien läheisyydessä ja tiiviiden kerrostaloalueiden vilkasliikenteisillä teillä ilmanlaatu voi ajoittain olla hyvinkin huono (Tilastokeskus, pienhiukkaset.)
Metaanin oktaaniluku on noin 130, joten moottorin puristussuhdetta voidaan nostaa 95 oktaanista bensiiniä huomattavasti korkeammaksi. Korkeaa oktaanilukua hyödyntämällä moottorin hyötysuhdetta voitaisiin nostaa, mutta puristussuhde jätetään tyypillisesti alemmalle, bensiinin vaatimalle, tasolle. Paremmalla hyötysuhteella toimiva moottori kuluttaa vähemmän polttoainetta, jolloin päästöjen määrä pienenee (Ari Lampinen, 236)
6.3 Energiaomavaraisuus ja työllisyys
Biokaasun tuottaminen Suomessa edistäisi maan energiaomavaraisuutta. Gasum ilmoittaa Suomen biokaasupotentiaalin olevan noin 17 TWh/a, joka olisi merkittävä lisä Suomen energiantuotannossa. Laskelmien mukaan jätteistä saataisiin kaasua 2 TWh/a, maataloudesta 7 TWh/a ja metsätaloudesta 8 TWh/a (Gasum, biokaasu.) Vuonna 2012 tieliikenteen kokonaisenergiankulutus oli noin 46 TWh, joka vastaa 3, 857 miljoonan tonnin polttoainemäärää (kuva 13). Jos kaikki tuotettava biokaasu käytettäisiin liikenteen polttoaineena, kattaisi se siitä jopa 37 %. Biokaasun korvaaman polttoaineen määrä vastaa 1, 427 miljoonaa tonnia Venäjän öljykentiltä tuotavaa öljyä (VTT.)
Kuva 13. Suomen tieliikenteen polttoaineen kulutus ajoneuvotyypeittäin (Mäkelä & Auvinen)
Kotimaisen bioenergian lisäämisellä on energiaomavaraisuuden seurauksena myös vaikutus työllisyyteen. Kun ulkomailta tuotavia fossiilisia polttoaineita korvataan kotimaisella bioenergialla, seurauksena on työpaikkojen ja investointien jääminen Suomen rajojen sisäpuolelle. Työpaikkoja syntyy uusien investointien myötä niin rakennustöiden, logistiikan kuin myös tuotannon muodossa. Tällä hetkellä suurimmat kotimaista bioenergiaa tuottavat työpaikat ovat ja tulevat todennäköisesti jatkossakin olemaan metsä- ja turvealalla.
Tulevaisuudessa laajeneva puupohjaisen biokaasun tuotanto tulee todennäköisesti rakentumaan nykyisen metsäteollisuuden rinnalle (Bioenergia.)
7 TULEVAISUUDEN NÄKYMÄT
Suomen liikennepolttoainekaasun kulutus ja biokaasun valmistus ovat olleet tasaisessa kasvussa jo kohta kahdenkymmenen vuoden ajan (kuva 14 ja 16). Etenkin biokaasun lisääminen liikenteen polttoaineena vaatii pitkäaikaista sitoutumista ja nykyistä tehokkaampaa kannustusjärjestelmää, jos fossiilisista polttoaineista halutaan päästä eroon. Bensiiniä puolta edullisempi polttoaine ei yksistään riitä siihen, että kuluttajat vaihtaisivat tutun polttoaineen kaasuksi. Biokaasun käytön yleistyminen edellyttää laajamittaisia ja rohkeita investointeja tankkausasemien lisäämiseksi ja tankkausverkoston laajentamista koko Suomen kattavaksi.
Kuva 14. Luonnonkaasujen käyttö Suomen tieliikenteessä 1996 - 2010 (Tilastokeskus, Energiatilastot, 78)
Luonnonkaasun tankkausasemia on kuitenkin runsaasti suunnitteilla ympäri Suomea, muun muassa Turkuun, Ouluun ja Joensuuhun, kuten kuvasta 15 ilmenee. Laajeneva tankkausverkosto tulee kattamaan suuren osan Suomesta kun toimialalle syntyy uusia biokaasua tuottavia yrityksiä.
Tulevaisuudessa liikenteen maakaasusta voidaan luopua, jolloin Suomen energiaomavaraisuus tieliikenteen polttoaineissa kasvaa (GasHighWay.)
Tulevaisuudessa rakennettavien LNG – tuontiterminaalien yhteyteen on luontevaa rakentaa raskasta liikennettä varten nesteytetyn maakaasun tankkausasemia. EU:n energiastrategia velvoittaa jäsenmaita rakentamaan CNG – ja LNG – tankkauspisteitä. Alkuvuonna 2013 koko
1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010
Energian kulutus [TJ]
Kaasu
EU:n alueella oli toiminnassa vasta 38 maantieliikenteen LNG – tankkausasemaa, mutta tavoitteena on rakentaa kattava verkosto Euroopan alueelle vuoteen 2020 mennessä (Gasum, maantieliikenne.)
Kuva 15. Viimeistään vuonna 2016 avattaviksi suunniteltuja biokaasun tankkausasemia (Suomen biokaasuyhdistys, kartta)
Biokaasun valmistuksen yleistymisen myötä laitosten investointikulut tulevat todennäköisesti laskemaan, valtion bioenergiaan siirtymiskannusteet ja yleinen ympäristötietoisuus tulevat lisäämään biokaasun tuotannon määrää Suomessa. Viimeaikoina biokaasun tuotanto on kasvanut Suomessa huomattavasti, kuten kuvasta 15 selviää. Etenkin nykyisen maakaasuverkkoon kytkettävät biokaasulaitokset tulevat lähivuosina lisäämään biokaasun osuutta Suomen energian tuotannossa (Gasumin uutiskirje.)
8 YHTEENVETO
Tässä kandidaatintyössä käsiteltiin maa- ja biokaasun käyttöä Suomen tieliikenteen polttoaineena. Luonnonkaasujen jakelu ajoneuvojen polttoaineeksi aloitettiin jo vuonna 1995 ja sen käyttö on ollut tasaisessa kasvussa. Kaasukäyttöisiä henkilöautoja oli vuoden 2013 lopussa käytössä 1016 kappaletta. Tällä hetkellä Suomessa on 24 julkista tankkausasemaa.
Suomessa käytettävästä maakaasusta 100 % tulee tällä hetkellä Venäjältä kaasuputkia pitkin.
Tulevaisuudessa voidaan laivalla tuoda Suomeen nesteytettyä maakaasua, jolloin riippuvuus Venäjän kaasusta vähenee ja nykyisen kaasuverkon ulkopuolelle on mahdollista saada edullista maakaasua. Maakaasun hiilidioksidipäästöt ovat noin 25 % pienempiä kuin bensiinillä ja sen hinta on noin puolet 95E10 -polttoaineesta. Luonnonkaasujen palamisessa ei muodostu lainkaan pienhiukkasia eikä typpi- ja rikkipäästöjä. Siksi bensiini ja dieselkäyttöisen ajoneuvon vaihtaminen tai muuttaminen kaasulla toimivaksi on kuluttajan lompakon että ympäristön kannalta kannattava ratkaisu.
Biokaasua valmistetaan mädättämällä orgaanista jätettä hapettomissa olosuhteissa. Suomessa suurin osa biokaasusta saadaan kaatopaikoilta, mutta biokaasun valmistaminen yhdyskunta- ja maatalousjätteistä on kasvattanut osuuttaan viimevuosina. Vuonna 2013 Suomessa tuotettu biokaasun energiamäärä vastasi 556 GWh:a. Raakabiokaasu vaatii jalostamista ennen sen käyttöä tieliikenteen polttoaineena. Jalostamaton biokaasu sisältää metaanin lisäksi runsaasti hiilidioksidia, typpeä ja vettä. Puhdistuksen jälkeen kaasuseos on lähes kokonaan metaania ja sen koostumus vastaa maakaasua. Tuotanto- ja jakelumenetelmistä riippuen biokaasun hiilidioksidipäästöt ovat noin 90 - 100 % pienemmät kuin bensiinin.
LÄHDELUETTELO
Audi. Audi opens power-to-gas facility. Julkaistu 25.6.2013. [www-sivu].Viitattu 11.10.2014.
Saatavuus:https://www.audi-mediaservices.com/publish/ms/content/en/public/pressemitteilungen/2013/06/25/world_premiere __audi.html
Audi. Egasproject. [www-sivu]. Viitattu 11.10.2014. Saatavuus:
http://www.audi.com/com/brand/en/vorsprung_durch_technik/content/2013/10/energy-turnaround-in-the-tank.html
http://www.audi.com/com/brand/en/vorsprung_durch_technik/content/2013/10/energy-turnaround-in-the-tank.html